防浪墙设计

L + 2π h 1% L m - 2π h 1% 防浪墙配筋
2.1 基本概况
● 东风泉水库水利枢纽工程等别为 2 等，挡水建筑物为 2 级永久建筑物。

● 库区最大风速 40m/s 。

● 多年最大平均风速 25.94m/s 。

● 风向与坝轴线法线夹角 β=30°。

● 吹程 F=0.5km.。

● 正常运用条件下，计算水深 89m ，风浪平均波长 6.36m ，波浪中心线至计算水 位的高度为 1.22，累积频率为 1%的波高是 1.03m 。

● 非常运用条件下，计算水深 105.43m ，风浪平均波长 4.24m ，波浪中心线至计 算水位的高度为 0.73m ，累积频率为 1%的波高是 0.66m 。

● 防浪墙高 4.2m ，宽 0.50m ，混凝土强度等级为 C25。

使用Ⅱ级热扎钢筋。

2.2 正常运用条件下的配筋计算
2.2.1 浪压力计算
根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14 章式（14.2.1-3）计算波 浪破碎的临界水深：
H cr = L M 4π ln M （F - 1）
式中 H cr — 使波浪破碎的临界水深（m ）
； L m — 平均波长（m ）；
h 1% — 累积频率为 1%的波高（m ）。

∴
H cr = 6.36 4 ⨯ 3.14 ln 6 .36 + 1.5 ⨯ 3.14 ⨯1 .03 6.36 - 1.5 ⨯ 3.14 ⨯1.03
= 1.013 m 根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14 章、第 14.2.1 条，作用 于铅直迎水面建筑物上的浪压力，应根据迎水面前的水深计算。

∵ H cr = 1.013m < H = 89m ， L m 2
= 6.36 2 = 3.18m < 89m ∴ 单位长度上的浪压力标准值按《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997）， 第 14 章式（14.2.1-1）计算。

1
γ w L m (h 1% + h z )
∴ P wk = 1.2 ⨯ ⨯10 ⨯ 6.36 ⨯ (1.22 + 1.03)= 42.93 kN/m 2
P wk = 4 （F －2）
式中 P wk — 单位长度迎水面上的浪压力标准值（kN/m ）
； γ w — 水的重度（kN/m3）
； L m — 平均波长（m ）
； h 1% — 累积频率为 1%的波高（m ）
； h z — 波浪中心线至计算水深的高度（m ）。

根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14.1.4 条防浪墙荷载分项系 数取 1.2。

1 4
F.2.2.2 防浪墙配筋计算
根据《结构力学》第 1 章中的结构简化，单位长度的防浪墙可简化为悬臂梁进行 配筋计算。

荷载分布如图所示。

根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第
5 章第 5.2.3 条结构重要性系数为 γ 0 = 1.1，设计状况系数ϕ = 0.95 ，结构系数 γ d = 1.2 。

根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》附录一，查得防浪墙所处环境为二类环境，混
凝土保护层厚度 C=45mm 。

单排钢筋，则 h 0 = 500 - 45 = 455 mm 。

M = γ 0ϕP wk l = 1.1⨯ 0.95 ⨯ 42.93 ⨯1.5 = 67.29 kN ·m
单位长度防浪墙宽度 C=1000m ，根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》，简化后的 防浪墙按正截面受弯承载力计算。

由附录二表 1 和表 3 查得混凝土强度设计值 f c = 12.5 N/mm2,钢筋强度设计值 f y = 310 N/mm 2。

α s = γ d M f c bh 0 = 1.2 ⨯ 67.29 ⨯106 12.5 ⨯1000 ⨯ 4552 = 0.0312
ξ = 1 - 1 - 2α s = 1 - 1 - 2 ⨯ 0.0312 = 0.032 < ξb = 0.544 满足允许条件
∴钢筋截面面积 A s = f c ξbh 0 f y = 12. 5 ⨯ 0. 15 ⨯1000 ⨯ 455 310 = 2752 mm 2
根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》附录三表 2，受力钢筋选用 6 根
Φ25 @200， A s = 2945 mm2。

构造钢筋用φ8 @300。

P wk = 1.2 ⨯ ⨯10 ⨯ 4.24 ⨯ (0.73 + 0.66)= 17.68 kN/m ( ( ρ = A s bh 0
= 2945 1000 ⨯ 455 = 0.65% > ρ min = 0.15% 满足最小配筋率要求，不会造成超 筋破坏。

F.2.3 非常运用条件下的复核计算
F.2.3.1 荷载计算
根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14 章式（14.2.1-3）计算波 浪破碎的临界水深：
H cr = 4.24 4 ⨯ 3.14 ln 4.24 + 3.14 ⨯1.03 4.24 - 3.14 ⨯1.03
= 0.68 m 根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14 章、第 14.2.1 条，作用 于铅直迎水面建筑物上的浪压力，应根据迎水面前的水深计算。

H cr = 0.68 < H = 105.43 m ，
L m 2
= 4.24 2 = 2.12 < h = 105.43 m 所以，根据式（1－2）计算浪压力值。

根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14.1.4 条防浪墙荷载分项系 数取 1.2。

∴
1 4
根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 5 章、第 5.2.3 条结构重要
性系数为 γ 0 = 1.1，设计状况系数ϕ = 0.85 ，结构系数 γ d = 1.2 。

M = 1.1⨯ 0.85 ⨯17.68 ⨯1.5 = 24.8 kN ·m
F.2.3.2 复核计算
根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》附录一，查得防浪墙所处环境为二类环境， 混凝土保护层厚度 C=45mm 。

单排钢筋，则 h 0 = 500 - 45 = 455 mm 。

单位长度防浪墙
宽度 C=1000m ，由附录二表 1 和表 3 查得混凝土强度设计值 f c = 12.5 N/mm2,钢筋强度
设计值 f y = 310 N/mm2。

已配钢筋截面面积 A s = 2945 mm2。

相对受压高度
ξ = f y A s f c bh 0 = 310 ⨯ 2945 12.5 ⨯1000 ⨯ 455 = 0.16 < ξb = 0.544 满足条件
截面抵抗矩系数 α s = ξ 1
- 0.5ξ )= 0.16 ⨯ 1 - 0.5 ⨯ 0.16)= 0.147
2 F ok = 1.2 ⨯ ⨯ 22 ⨯ 3.02
⨯ 0.5 = 59.4 kN/m 正截面受弯承载力
M u = f c α s bh 0 = 12.5 ⨯ 0.147 ⨯1000 ⨯ 4552
= 380.41kN ·m ∴实际承受的弯矩 M = 24.8 kN ·m<
M u
γ d γ 0ϕ = 380.41 1.2 ⨯1.1⨯ 0.85 = 339 kN ·m 满足设计 要求。

F.2.4 土压力配筋计算
防浪墙位于坝顶，一面起挡水作用，另一面起挡土作用。

所以防浪墙的配筋 应为双筋。

根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 11 章、第 11.1.3 条计算静 土压力：
F ok = 1 2 γH 2 K 0 （F —3）
式中
F ok — 主动土压力标准值（kN/m ）
，作用于距墙底 H 3 处； γ — 填土重度（kN/m3）
；
H — 挡土墙的高度（m ）；
K 0 — 静土压力系数。

根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 14.1.4 条防浪墙荷载分项系 数取 1.2。

根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 11 章表 7 静土压力系数为 0.45。

∴ 静土压力
1 2 根据《水工建筑物荷载设计规范》（FL5077-1997），第 5 章、第 5.2.3 条结构重要
性系数为 γ 0 = 1.1，设计状况系数ϕ = 1.0 ，结构系数 γ d = 1.2 。

M = γ 0ϕF ok H 3 = 1.1⨯1.0 ⨯ 59.4 ⨯ 3.0 3
= 65.34 kN ·m 根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》附录一，查得防浪墙所处环境为二类环境，
混凝土保护层厚度 C=45mm 。

单排钢筋，则 h 0 = 500 - 45 = 455 mm 。

单位长度防浪墙 宽度 C=1000m ，由附录二表 1 和表 3 查得混凝土强度设计值 f c = 12.5 N/mm 2,钢筋强度
2
设计值 f y = 310 N/mm2。

α s = γ d M f c bh 0 = 1.2 ⨯ 65.34 ⨯106 12.5 ⨯1000 ⨯ 4552 = 0.03
ξ = 1 - 1 - 2α s = 1 - 1 - 2 ⨯ 0.03 = 0.03 < ξb = 0.544 满足允许条件
∴钢筋截面面积 A s = f c ξbh 0 f y = 12.5 ⨯ 0.03 ⨯1000 ⨯ 455 310 = 550.4 mm 2
根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》附录三表 1，受力钢筋选用 5 根 Φ12 @250， A s = 565 mm 2。

构造钢筋用φ8 @300。